Umfaller in Raumanzügen: MIT zeigt Roboter-Aufstehhilfe für Astronauten

Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat sich mit Unterstützung der NASA eines speziellen Problems angenommen: Wie kann ein Astronaut wieder auf die Beine kommen, wenn er in seinem sperrigen Raumanzug, etwa auf dem Mond, gestürzt ist?

"Astronauten sind körperlich sehr leistungsfähig, aber auf dem Mond, wo die Schwerkraft nur ein Sechstel so groß ist wie auf der Erde, haben sie mit der gleichen Trägheit zu kämpfen. Außerdem ist das Tragen eines Raumanzugs eine große Belastung und kann ihre Bewegungsfreiheit einschränken", sagt Harry Asada, Professor für Maschinenbau am MIT. "Wir wollen den Astronauten eine sichere Möglichkeit bieten, wieder auf die Beine zu kommen, wenn sie stürzen", umreißt er die Problemstellung.

Dazu bauten die Forscher zunächst auf ein älteres System mit einem Paar tragbarer Roboterglieder auf. Diese ältere Version sollte den Astronauten in seinem Raumanzug physisch abstützen, sodass er wieder auf die Beine kommen kann. Das als Supernumerary Robotic Limbs (SperLimbs) bezeichnete System ragt aus dem Rucksack heraus, in dem auch das Lebenserhaltungssystem untergebracht ist. In dem Rucksack befinden sich zusätzlich die Steuerungseinheit sowie die Motoren für die künstlichen Gliedmaßen.

Das System hatten die Forscher mit freiwilligen Probanden getestet, die physisch in der Lage sind, einen extrem eng anliegenden Raumanzug zu tragen, wie er denen von Astronauten ähnelt. Die Probanden sollten dann mithilfe der SuperLimbs aus einer sitzenden oder liegenden Position heraus aufstehen. Das schafften sie mit dem System mit deutlich weniger Anstrengung als ohne.

Erweiterte SuperLimbs

In ihren neueren Untersuchungen, die die Wissenschaftler auf der IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2024) zeigen wollen, verfeinerten sie das System. Dazu entwickelte das Forscherteam eine Software, die eine Flugbahn für einen am Rucksack befindlichen Roboterarm generiert, die der Roboter beim Umfallen einschlagen muss, um den Astronauten abzustützen und wieder auf die Beine zu bringen. Tests mit Probanden zeigten, dass sie damit aus der Rücken- und Brustlage und aus einer seitlichen Lage heraus einfacher wieder aufstehen konnten. Zudem ermöglicht es der Roboter, die Probanden in ihren sperrigen Anzügen im Stehen besser zu stabilisieren als ohne das System.

"Es fühlt sich an wie eine zusätzliche Kraft, die sich mit einem bewegt", sagt Erik Ballesteros, MIT-Doktorand, der den Anzug und die Armunterstützung getestet hat. "Stellen Sie sich vor, Sie tragen einen Rucksack und jemand packt Sie oben und zieht Sie irgendwie hoch. Mit der Zeit wird das ganz natürlich".

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Die Wissenschaftler wollen das System nun mit einer überarbeiteten Version der SuperLimbs kombinieren. Es besteht dann aus zwei mehrgelenkigen Roboterarmen, die aus einem Rucksack herausgefahren werden können. Die Motoren und die Batterien stecken im Rucksack.

Die Entwicklung der Roboterarme und die Designoptimierung sei mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) vorgenommen worden. "Wir haben viele Designs gefiltert und nach dem Design gesucht, das die geringste Menge an Energie verbraucht, um eine Person anzuheben. Diese Version von SuperLimbs ist das Ergebnis dieses Prozesses."

Das System wird im Sommer am Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt und optimiert werden, verspricht Ballestros. Dabei sollen auch besonders leichte Materialien zum Einsatz kommen. Die fertige Aufstehhilfe soll dann in Simulatoren unter niedriger Schwerkraft getestet werden. Das Ziel dabei soll es sein, sie auf künftigen Missionen zum Mond oder Mars einzusetzen.

(olb)